一種新型模塊化多電平換流器子模塊拓撲與控制策略研究.pdf

1、相對于兩電平或三電平換流器，模塊化多電平換流器(modular multilevel converter，MMC)波形質(zhì)量高、開關頻率小，且損耗低，已逐漸成為新一代柔性直流輸電的主要拓撲?；?MMC的柔性直流輸電系統(tǒng)在海上風電場并網(wǎng)和城市電網(wǎng)增容改造等領域具有廣闊的應用前景。為降低安裝和維修成本，工業(yè)界迫切需要MMC子模塊的體積和質(zhì)量能有所降低，而在MMC子模塊中電容體積占50％以上，質(zhì)量占80%以上。然而，目前鮮有針對降低 MMC子

2、模塊電容體積和質(zhì)量的研究，因此開展此方面的研究極具實際意義。文章提出了一種可降低子模塊電容體積和質(zhì)量的新型MMC子模塊拓撲，并對新型MMC子模塊的相關控制策略開展了研究，具體研究內(nèi)容如下：
　?、俜治隽私饘倩∧る娙莸哪芰棵芏燃捌涑惺芗y波電流的能力。闡述了減小電容體積的原理，研究了可降低薄膜電容體積的層疊式開關電容的拓撲結(jié)構(gòu)和工作原理，計算分析了不同層疊式開關電容的能量利用率，為層疊式開關電容的應用奠定了理論基礎。
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3、于層疊式開關電容，提出了可降低子模塊電容體積的新型 MMC子模塊拓撲，并從理論上對新型MMC子模塊電容容量和體積進行分析。研究了新型MMC子模塊工作原理，提出了額定功率下新型 MMC子模塊控制策略，為了子模塊安全穩(wěn)定運行，提出了死區(qū)時間內(nèi)新型MMC子模塊控制策略。同時為了降低損耗，提出了運行功率低于額定功率時的新型MMC子模塊的控制策略。
　?、劢⒘嘶谛滦蚆MC子模塊的MMC交直流解耦的數(shù)學模型，將MMC控制系統(tǒng)分為交流回路控

4、制和環(huán)流抑制控制。設計了雙閉環(huán)的交流回路控制器。分析了基于新型MMC子模塊的MMC系統(tǒng)諧波環(huán)流機理，并針對的2次、4次環(huán)流和5次諧波設計了相應的諧波環(huán)流抑制控制器，提出了適用于新型 MMC子模塊的電容電壓平衡控制策略。
　?、芑谛滦蚆MC子模塊，在Matlab/simulink中搭建了三相11電平的MMC系統(tǒng)。選取了系統(tǒng)所需電容和IGBT模塊，對比研究了新型MMC子模塊電容和半橋子模塊電容的容量和體積，得到電壓紋波系數(shù)為10%時